水处理基本知识 多段及多级反渗透系统
反渗透系统是水处理设备的重要组成部分，在纯水制备，海水淡化，中水回用等领域有广泛的运用，有其运行费用低（初期设备成本高于离子交换技术）、经济、操作方便、运行可靠等特点。
反渗透系统主要是围绕着核心反渗透膜组件（单膜和多级或多段）运行和配置。其基本的工作原理是：通过高压泵，将原水压力加大到一定的程度7-55KG压力，原水在压力的作用下渗透过反渗透膜（0.0001微米），只允许小于0.0001微米的水分子和溶剂通过，而绝大部分化学离子和细菌，真菌，病毒体等不能通过，称为浓水再利用或者成为废水。反渗透膜的工作效率跟温度和工作压力成正比。过高的压力会损坏膜组件，过低的压力达不到预期的出水量。
反渗透系统因为有一定的进水水质要求，所以前段一般有预处理设备保护（纯水工艺）。
pH 值：4-11 余氯值：<0.1mg/L SDI （淤泥密度指数）< 5
浊度<1 NTU 温度< 45℃ Fe, Mn <0.1mg/L
根据工作压力不同，反渗透膜有以下几种类型：
超低压膜：工作压力7-10KG，常用于淡水纯化，原水含盐量不是很高，能耗低。
低压膜：工作压力10-15KG，常用于中水回用，循环水使用等，多用抗污染膜。
高压膜：工作压力-55KG，常用于海水淡化，苦咸水，原水一般含盐量高。
市场上有2-3KG工作压力的反渗透设备，一般用于家庭用水净化，出水效率较低。
本文重点介绍以市政自来水为原水的反渗透系统。单膜以陶氏8040为基础，单膜脱盐率99%，系统脱盐率97-99%。工作压力10KG，工作温度25℃，单膜的回收率约为50-60%。
多段式和多级反渗透设备：
反渗透纯水设备段：指原水的渗透次数，即产水透过反渗透膜元件的次数。采用多段系统可以提高系统回收率，但产水水质较差。段数的多少直接影响系统的回收率，段数越多，回收率越高，因此普通以脱盐为目的的反渗透系统采用二段或三段工艺居多，可以实现的回收率约为75%；以浓缩为目的的反渗透系统，可以采用三段以上的排列方式，实现85%以上的系统回收率。
简单原理：每段的进水一部分变成产水，后一段的进水流量会减少，含盐量会升高，所以后段的膜元件数量要比一上段的膜元件数量少，以保证正常的进水流量。一般的排列方式是2：1或4：2：1。通常两段系统可以把回收率做到50-75%，三段系统回收率做到75-90%。
单膜（核心，产品质量决定系统整体运行效率）
一级一段单膜
一级一段式（单膜并联，脱盐率不变，产水量叠加）
一级一段
一级多段式（单膜并联+多段式，脱盐率提高，纯水比例提高）
一级三段
一级纯水的制备一般采用一级二段的方式，最高回收率可达75%。
一级二段浓水的含盐量明显升高，视情况作为废水排放，或者部分回流到1级反渗透设备前，再次利用。
浓水含盐量计算：反渗透单膜一段回收率是55%，二段回收率为40%，假设进水100t/h，则一段产水55t/h，一段浓水45t/h，二段产水18t/h，二段浓水27t/h。为取反渗透的平均脱盐率为一级98%，二级97%，在进水含盐量为X，一段浓水含盐量为Y,二段浓水含盐量为Z。综合回收率为（55+18）/100=73%。
备注：产水量不完全受脱盐率影响，产水量的大小受多种因素的影响。并不能简单的以含盐量计算产水量和脱盐率。
100X=55（1-98%）X + 45Y
Y/X=989/450=2.2
同理
45Y=18（1-97%）Y+ 27Z
Z/Y=4446/2700=1.65
Z/X=2.2*1.65=3.63
综上，二段浓水含盐量约是进水的3.63倍明显的高于原水进水的含盐量。三段及以上时，末端浓水的含盐量更高，当然整个系统的回收率也会更高，能耗会变高，综合性价比不高。
反渗透纯水设备级：指原水流经压力容器（高压泵）的次数，即浓缩水流经不同压力容器的次数。一级反渗透的脱盐率可达98%～99%，因而多级反渗透是把上一级纯化过的水再次脱盐，可实现99.5%以上的脱盐率。常用于高纯水和超纯水的制备。
二级（多级）多段跟一级多段的原理是一样，但是由于二级（多级）进水的水质含盐量已经很低，所以综合回收率会较高（75-90%），且二级一段的纯水/浓水比较高，如果采用2：1的膜元件组合，可能导致二级二段的进水量不足而影响二段的回收率，从而降低综合回收率，可以考虑3:1或者5：2的模式。小型设备受限于膜组件有限，不需要考虑这么多。
二级多段式（多及多段，脱盐率提高，纯水比例提高）
一级二段+二级一段
二级纯水的制备一般采用二级多段（一级二段+二级一段/二段）的方式，综合收率为60-65%。二级（二级一段/二段）浓水的含盐量虽然较于二级进水明显升高，但是因为二级进水的含盐量已经很低，所以二级浓水一般直接回流到一级前段的原水箱二次利用，可以提高整个系统的水利用率。
工业废水和海水淡化运用中，因为含盐量高，污染严重等原因，需要选择不同种类的反渗透膜，脱盐率和产水量也会有很大的下降，情况相对复杂，需要结合项目实际情况和经验单独分析，设计方案。
综上所诉，反渗透的多段和多级应用，主要有提高利用率，提高脱盐率等作用，具体需要参考实际进水的水质和综合成本，合理选择。
水处理基本知识 纯水制备的前处理工艺
前处理工艺：为了确保核心设备的稳定运行，针对原水中可能存在的余氯，二氧化碳，泥沙，胶体，有机无残留，金属离子等做一定的预处理，达到设备长期稳定运行，稳定出水水质，降本增效的效果。工艺的选择，需要结合原水水质和出水标准综合选择。
超纯水简易工艺流程图
余氯还原：余氯还原剂又称反渗透还原剂，常用的还原剂有亚硫酸氢钠等。
余氯主要来自于市政自来水消毒残留，以余氯化物、氯访、氯乙酸、三氯乙酸等存在。在水环境中进行着Cl₂+H₂O=HCl+HClO、HClO=H+ +HCLO-的可逆反应。RO膜无法去除Cl2这种不带电荷的小分子。当Cl2、ClO-的浓度远超RO膜对余氯的长期耐受程度（≤0.01mg/L）时，造成RO膜的官能团功能缺失，降低RO膜的使用寿命，增加更换成本。
亚硫酸氢钠除余氯的工作原理为：2NaHSO3 + 2HOCl—>H2SO4 + 2HCl + Na2SO4。
备注：活性炭吸附，对余氯同样有一定作用。同时国家对自来水厂的出水也有严格的余氯残留标准，余氯还原非必须的前处理工艺。
石英砂过滤：主要是对泥沙，胶体，金属离子以及有机物进行截留，吸附，降低水的浊度，达到水质澄清的目的，主要用于水处理除浊、软化水、电渗析、反渗透的前级预处理
活性炭过滤：活性炭是广谱吸附剂，不但可以吸附电解质离子，还可进行离子交换吸附。活性炭过滤器主要是利用活性炭的表面含有大量的羟基和羧基等功能团，可以对各种性质的物质进行化学吸附，去除水中的异色（有一定的脱色效果）、异味、有机物、及余氯等。
多介质过滤：填充两种以上过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒材料，从而有效的除去悬浮杂质使水澄清。常用的混合填充有石英砂和活性炭，同时兼具石英砂和活性炭的过滤和吸附作用。适用于场地受限，原水水质标准良好的情况下。
软化器：用来降低或基本消除水中硬度的装置，其出水残留硬度（钙镁离子）可降至0.03mmol/L。在此，我们利用阳离子交换树脂进行处理，把水中的钙镁离子交换出来。软化树脂需要定期再生和更换，属于耗材。
精密过滤器（精滤/微滤）：作为前端设备时主要是截留前处理残留或者产生的悬浮颗粒。作为后端设备时同样可以起到截留悬浮颗粒物，脱落树脂，细菌尸体等，起到保护后面核心设备（RO膜，EDI等）的作用。
超滤：超滤是采用中空纤维过滤新技术，配合三级预处理过滤清除自来水中杂质；超滤微孔小于0.01微米，能彻底滤除水中的细菌、铁锈、胶体等有害物质，保留水中原有的微量元素和矿物质。在纯水制备中，超滤有相对于精密过滤更好的截留作用，但是成本更高。
脱气塔（除碳器）：是通过风机的风力来吹脱水中游离CO2的设备。脱气塔在纯水中是为了除去二氧化碳气体而设的，以免对后续RO膜造成伤害。正常情况下，经除碳器后，水中的残留二氧化碳，可不超过5mg/L。一般设置在阳离子交换器（软化器）或反渗透装置之后。适用于大流量纯水制备或者大型纯净水生产企业，一般小型工业纯水设备不需要此设备。超纯水制备或者对设备稳定性有较高要求时根据需要添加。
板式换热器：水的温度过高或过低，都会严重因影响RO膜产水量和除盐率，而当水在25摄氏度时，是RO膜运行的最佳状态。板式交换器是由一组波纹金属板组成，板上有孔，共传热的两种液体通过。冷热两种液体在并联的板片间逆流交替通过，可充分地是热量在两者中传递。同样适用于适用于大流量纯水制备或者大型纯净水生产企业，一般小型工业纯水设备不需要此设备。超纯水制备或者对设备稳定性有较高要求时根据需要添加。